一種適用于超聲波測厚領域的弧面聚聲波導裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于超聲無損檢測中的弧面聚聲波導裝置，特別適用于高溫管道和外表面為曲面的管道厚度檢測。
【背景技術】
[0002]使用超聲波測厚是一種公開透明的實用技術，常規做法是把超聲波換能器做成的超聲波探頭直接作用于被測物體表面，超聲探頭內包含發射聲波換能器和接收聲波換能器，由發射聲波換能器發出的超聲波在被測物體表面和內表面均有反射波存在，通過用于接收的所述換能器依次接收外表面和內表面反射波，根據二個回波的時間差乘以超聲波的聲速，來計算被測物體的厚度。
[0003]在實際應用中，特別是在石油煉化企業，存在許多高溫作業的惡劣環境，高溫管道外表有保溫層，每次測量時需拆除保溫層，另外人到達高溫環境內還存在安全隱患，所以把超聲探頭永久固定到管道外表面，變成在線定點測厚，這樣不用測量人員再到現場去，測量信號采用無線或有線的方式，隨時把測量結果傳輸到監控計算機。但管道外表的溫度最高達約攝氏600度，超聲探頭不能適應長時間處在高溫的環境，所以超聲波導成為了一個選項，把超聲波通過波導傳輸到被測物體上，使超聲探頭所處的位置溫度處于其適合的溫度范圍。
[0004]超聲波有橫波和縱波二種振動模式。縱波振動方向與超聲波傳播方向相同，縱波穿透能力較弱;橫波振動方向與超聲波傳波方向垂直，只沿一個方向振動的橫波叫偏振波，橫波穿透能力較強。根據超聲波不同的振動模式選擇使用適合的波導裝置，目的是使超聲波的振動頻率和振動模式不發生改變，使聲波檢測裝置能檢測并有效識讀到很好的反射回波。聲波只能沿直線方向傳播，遇到阻礙后在阻礙平面會發生反射和折射，反射和折射均會造成能量損失。選擇波導，需從“使振動模式不發生改變、減少能量損失及不發生頻散”幾個因素來考慮。對于圓柱狀波導桿、細絲狀波導絲、或由若干絲狀組成的波導束，適合縱波；對于矩形截面波導桿或矩形截面細長波導帶，則適合橫波。用上述波導裝置傳導超聲波都是已有的技術。
[0005]其中專利號為CN101976562 A的超聲無損檢測專利描述了一種偏振橫波超聲波在寬厚比大于I的矩形細長波導帶中的傳輸的情形，圖1是能體現該專利的實例之一，以圖1為例，其傳輸特點為:超聲波為橫波偏振波，其為單一的振動方向，振動方向與超聲波傳波方向垂直，并平行于矩形細長波導帶的二個寬度為15mm的平面。一束超聲波從截面為圓形的發射換能器發出，沿lX15(mm)的矩形截面進入細長波導帶，超聲波只能按直線方向傳播，在遇到波導帶側壁后反射向另一側壁，超聲波在波導帶的二個側壁之間來回反射中前行，直至傳出波導帶進入被測樣件。超聲波在遇到樣件底面后反射，反射波進入接收波導帶，同樣沿波導帶傳輸到用于接收的所述換能器接收。細長波導帶允許小角度的彎曲變形是其主要特點，波導帶的厚度小和即使在波導帶彎曲的情況下二側壁也是平行的特點，可以保證超聲波從入射面到出射面之間所走過的行程盡量短，且聲波的傳波方向和行程保持一致，能減小能量損失和頻散。超聲波的偏振方向與波導帶的二個側面平行，保證超聲波在二個側壁之間反射時，其正弦振蕩的波形不散，從而保證其頻率不變，盡量減少頻散現象，使接收端能接到高保真的反射信號。
[0006]根據上述【背景技術】，存在的問題是:
[0007]I)、在石化企業，多數被測物為圓形管道，上述已知的波導裝置中，圓柱狀或矩形波導桿，如圖2所示，其與管道圓形外壁接觸為線接觸，即使壓緊變形的情況下，接觸面也基本為1mm，只能通過使用耦合劑來擴大接觸面，而耦合劑只是瞬間使用，在測厚探頭與管道長時間不間斷接觸的情況下，耦合劑也不可行，所以只能通過減小接觸面，通過如圖1所示的1Χ15(_)的接觸面，采用強力壓緊方式，使波導面與被測管道之間沒有空氣，使超聲波能在沒有耦合劑的情況下能很好的通過界面進入被測管道，不至于引入空氣參與。
[0008]2)、采用細長波導帶方式，有諸多不利因素。第一，超聲換能器發聲界面均為圓形，其發射面直徑固定不變。細長波導帶的最優外形尺寸是厚度小于I倍的波長(λ)，寬度大于5倍的波長，以超聲波橫波在金屬中的傳輸速度為C = 3200m/S，振動頻率以F= 2.5MHz計算，則波長X = C/F= 1.28mm，厚度越小越有助于聲波保真不發生頻散。以圖1中厚度為1mm、寬度為15mm的細長的矩形截面計算，對發射能量的利用率僅為十分之一。第二，細長波導帶允許出現彎曲是其一個優點，而且在實際應用中也不可能保證鋼性直線，所以超聲波必然在細長波導帶的二個側面間來回反射中前行，每次反射都伴隨著折射，每次反射和折射都有能量衰減，反射次數越多能量衰減越多。第三，超聲波在細長波導帶中來回反射前行，不能保證在超聲波射入被測物體內時的入射角，盡管角度很小，但也會給接收反射波的波導帶接收位置及角度造成影響，使固定的接收角不是最佳。
[0009]本實用新型是針對以上現有技術存在的不足提出，弧面聚聲波導裝置能充分利用換能器能量，能保證入射角，聲波在波導中最多經過I次反射和折射，減少能量衰減，還能減少引起波形頻散或扭曲的誘發因素。
【實用新型內容】
[0010]本實用新型的目的在于設計一種新型的適用于超聲波測厚領域的弧面聚聲波導裝置，解決上述問題。
[0011 ]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0012]—種適用于超聲波測厚領域的弧面聚聲波導裝置，包括發射波導和接收波導；所述發射波導和所述接收波導組成成對波導，所述發射波導和所述接收波導之間的跨度a>0;
[0013]所述發射波導和所述接收波導均包括上下連接的矩形部分和弧面部分；
[0014]所述矩形部分的上表面為A截面，所述矩形部分與所述弧面部分之間的連接面為B截面，所述弧面部分的下表面為C截面;所述A截面和所述B截面均為矩形截面;所述C截面為矩形截面；
[0015]所述矩形部分為所述A截面和所述B截面之間的截面形狀為矩形的規則條塊，其間平行于所述A截面和所述B截面的所有截面形狀及尺寸均與所述A截面和所述B截面相同；
[0016]所述弧面部分還包括H面、G面、M面和~面;所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的上端均連接到所述B截面，所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的下端連接到所述C截面；
[0017]所述G面是平面，所述G面垂直于所述A截面和所述B截面;所述M面和所述N面也垂直于所述A截面和所述B截面；
[0018]所述H面是個弧面，其從所述B截面開始向所述G面彎曲，直到所述C截面;所述H面向所述G面彎曲過程中，其中每一個與所述B截面平行的拋面中其在所述G面上的線段與所述H面上的線段平行;所述H面的彎曲弧度保證從A截面所有垂直向下射到所述H面上的超聲波均一次性反射到所述C截面上。
[0019]所述H面為兩個，分別位于所述G面的兩側，所述G面為虛擬平面。
[0020]兩個所述H面在所述G面的兩側對稱設置。
[0021 ]所述M面和/或所述N面上沿寬向往兩側設置各種形狀的擴展部分。
[0022]所述H面從所述B截面開始向所述G面彎曲，到所述C截面時彎曲到距所述G面的距離為小于2.5入。
[0023]所述H面從所述B截面開始向所述G面彎曲，到所述C截面時彎曲到距所述G面的距離為 0.5λ-1λ。
[0024]所述A截面的大小與換能器的圓面大小適配。
[0025]所述H面的彎曲弧度經過聲線追蹤得到。
[0026]聲波從所述發射波導的所述C截面以一定的角度射出，能從對稱角度進入所述接收波導的所述C截面，并且均能按與原入射路線相同形式的路線返回，直到進入用于接收的換能器。
[0027]所述A截面和所述B截面間的距離根據信號強度及現場高溫環境允許程度調整，使從被測物熱源傳到A截面的熱量適合換能器長期有效工作，并適合現場安裝;所述接收波導和所述發射波導的具體尺寸可以完全相同對稱，也可以不同，根據安裝的實際要求做相應調整。
[0028]所述發射波導和所述接收波導之間的跨度a根據被測樣塊的厚度調整，保證被測樣塊一直減薄到允許的最小壁厚范圍內，用于接收的換能器均能接收到最適合的反射信號。
[0029]所述發射波導和所述接收波導通過卡具壓緊到被測管道上，使所述截面C直接與所述被測管道的外壁直接接觸并壓實，在不使用耦合劑的情況下，使C截面與管道的外壁之間能傳導聲波。
[0030]所述發射波導和